Упркос деценијама у току истраживања, научници покушавају да разумеју како се четири фундаменталне силе Универзума спајају заједно. Док квантна механика може објаснити како три ове силе делују заједно на најмањој скали (електромагнетизам, слабе и јаке нуклеарне силе), Општа релативност објашњава како се ствари понашају на највећим размерама (тј. Гравитацији). У том погледу, гравитација остаје у застоју.
Да би разумели како гравитација утиче на материју на најситнијим размерама, научници су развили неке заиста врхунске експерименте. Један од њих је НАСА-ина лабораторија за хладне атоме (ЦАЛ), смештена на броду ИСС, која је недавно постигла прекретницу стварањем облака атома познатих као Босе-Еинстеин кондензати (БЕЦ). Ово је први пут да су БЕЦ-ови створени у орбити и нуди нове могућности за испитивање закона физике.
Првобитно су их предвидели Сатиендра Натх Босе и Алберт Еинстеин пре 71 годину, БЕЦ су у суштини ултрахладни атоми који достижу температуру мало изнад апсолутне нуле, тачку у којој би се атоми требало потпуно престати (у теорији). Ове честице су дуготрајне и прецизно контролисане, што их чини идеалном платформом за проучавање квантних појава.
Ово је сврха ЦАЛ-овог објекта, а то је да проучава ултрахладне квантне гасове у микрогравитацијском окружењу. Лабораторија је постављена у америчкој научној лабораторији на броду ИСС крајем маја и прва је такве врсте у свемиру. Дизајниран је да унапреди способност научника да врше прецизна мерења гравитације и проуче како она утиче на материју у најмањим размерама.
Као што је Роберт Тхомпсон, научник ЦАЛ пројекта и физичар из НАСА-ине лабораторије за млазни погон, објаснио у недавном саопштењу за штампу:
„Испробати БЕЦ експеримент на свемирској станици је остварење снова. Дошао је дуг и тежак пут до овог места, али у потпуности вредан борбе, јер постоји толико много да ћемо моћи да учинимо са овим објектом. "
Пре око две недеље, научници ЦАЛ-а потврдили су да је овај објекат произвео БЕЦ из атома рубидијума - меког, сребрнасто-белог металног елемента у алкалној групи. Према њиховом извештају, достигли су температуру од чак 100 наноКелвина, десет милиона милиона Келвина изнад апсолутне нуле (-273 ° Ц; -459 ° Ф). То је отприлике 3 К (-270 ° Ц; -454 ° Ф) хладније од просечне температуре простора.
Због свог јединственог понашања, БЕЦ се карактеришу као пето стање материје, различито од гасова, течности, чврстих материја и плазме. У БЕЦ атоми делују више налик таласима него честицама на макроскопској скали, док је ово понашање обично опажено само на микроскопској скали. Поред тога, сви атоми преузимају своје стање најмање енергије и попримају исти таласни идентитет, чинећи их нераздвојним једни од других.
Укратко, атомски облаци почињу да се понашају као један “супер атом”, а не као појединачни атоми, што их олакшава у учењу. Прве БЕЦ произвеле су 1995. године у лабораторији научни тим који чине Ериц Цорнелл, Царл Виеман и Волфганг Кеттерле, који су поделили Нобелову награду за физику 2001. за њихово постигнуће. Од тог времена на Земљи је спроведено на стотине БЕЦ експеримената, а неки су чак послати у свемирске зракоплове.
Али ЦАЛ-ова установа јединствена је по томе што је прва такве врсте на ИСС-у, где научници могу да спроводе свакодневне студије током дужих периода. Постројење се састоји од два стандардизована контејнера, који се састоје од већег „куад ормарића“ и мањег „једног ормарића“. Четверокутни ормар садржи ЦАЛ-ов физички пакет, одељак у којем ће ЦАЛ створити облаке ултра-хладних атома.
То се постиже коришћењем магнетних поља или фокусираних ласера за стварање контејнера без трења који су познати и као „атомске замке“. Како се облак атома распада унутар замке атома, његова температура природно опада, постаје хладнија што дуже остаје у замци. На Земљи, када су ове замке искључене, гравитација узрокује да се атоми поново крећу, што значи да их се може проучавати само у делићу секунде.
На ИСС-у, који је микрогравитацијско окружење, БЕЦ-ови се могу декомпримирати на хладније температуре него код било којег инструмента на Земљи и научници су у стању да посматрају појединачне БЕЦ-ове пет до десет секунди истовремено и понављају та мерења до шест сати дневно. А будући да се објектом управља даљински из оперативног центра Земаљске орбите за мисије у ЈПЛ, свакодневне операције не захтевају интервенције астронаута на броду.
Роберт Схотвелл, главни инжењер ЈПЛ-ове управе за астрономију и физику, надгледао је пројекат од фебруара 2017. Као што је навео у недавном саопћењу за НАСА:
„ЦАЛ је изузетно компликован инструмент. Обично БЕЦ експерименти укључују довољно опреме за пуњење собе и захтевају скоро стални надзор научника, док је ЦАЛ величине малог фрижидера и може се управљати удаљено са Земље. Била је то борба и захтевали су значајни напори да се превазиђу све препреке неопходне за производњу софистицираног објекта који данас делује на свемирској станици. "
Гледајући унапред, научници ЦАЛ-а желе да иду још даље и постижу температуре ниже од било чега постигнутог на Земљи. Поред рубидијума, ЦАЛ тим такође ради на прављењу БЕЦС користећи два различита изотопа атома калијума. Тренутно је ЦАЛ још увек у фази пуштања у рад, која се састоји од оперативног тима који проводи дуги низ тестова како би утврдио како ће ЦАЛ погон функционисати у микрогравитацији.
Међутим, након што се покрене, пет научних група - укључујући групе на челу са Цорнеллом и Кеттерлеом - извешће експерименте у постројењу током прве године. Очекује се да ће научна фаза почети почетком септембра и трајаће три године. Како је рекао Камал Оудрхири, менаџер мисије ЈПЛ-а за ЦАЛ:
„Постоји тим научника који се шири широм света спреман и узбуђен да користи ово постројење. Разноврсни спектар експеримената које планирају да изведу значи да постоји много техника за манипулацију и хлађење атома које морамо да прилагодимо за микрогравитацију, пре него што инструмент предамо главним истраживачима да бисмо започели научне операције. "
С обзиром на време, лабораторија Цолд Атом (ЦАЛ) може помоћи научницима да схвате како гравитација делује на најситније ваге. У комбинацији са високоенергетским експериментима које су спровели ЦЕРН и друге лабораторије за физику честица широм света, то би на крају могло довести до Теорије свега (ТоЕ) и потпуног разумевања како Универзум функционише.
Обавезно погледајте овај сјајни видео запис (без пробијања!) Објекта ЦАЛ, из љубазности НАСА-е:
